[发明专利]氙灯泵浦液体冷却的叠片式重复频率片状放大器

说明书

一种氙灯泵浦液体冷却的叠片式重复频率片状放大器，包括灯箱组件、片框组件、片箱组件和端镜组件，其特点在于，所述的片框组件与通光方向夹角θ为45°安装，所述的片框组件自上而下安装入片腔组件内，片框的下底面与片腔下底板的上表面重合，所述的灯箱组件依靠螺钉错位安装在所述的片腔组件的左右两侧，所述的端镜组件沿着通光方向中心错位依靠螺钉安装于片腔组件的前后两侧。本发明利用端镜倾角摆放、氙灯液体冷却、增益介质叠片式液体导流均匀冷却、片箱气冷洁净控制，有效降低了放大器自发辐射，抑制了寄生振荡，提高了储能效率与热管理，具有高效率、高重复频率、低成本、大能量、高增益均匀性的稳定运行的特点。

技术领域

本发明涉及高功率固体激光器，特别是一种氙灯泵浦液体冷却的叠片式重复频率片状放大器。

背景技术

二十一世纪能源问题和地区冲突日益凸显，加快新能源开发和巩固国防显得尤为重要。受控核聚变技术由于可以将原子核中的巨大能量得以释放，并且聚变原料来自于取之不尽用之不竭的海水，所以该技术有望彻底解决人类面临的能源问题，但是要实现激光聚变能源的要求，激光能量需要达到2.5MJ，打靶频率在10Hz以上，所以随着聚变能源工程(IFE)固体激光驱动器的牵引，激光器逐渐朝着大能量、高重频化方向发展。

高效的片状放大器作为能量放大的核心元器件，正是实现IFE关键环节，而要实现片状放大器的高重频化，最核心的又是热管理及热效应的控制，为此，国内外进行了大量的研究工作，归结下来主要是三个方面：(1)对氙灯辐射光谱进行研究，减少不必要的吸收，控制增益介质的生热，这是从根本上解决固体激光器热效应的途径；(2)利用高效率的冷却技术进行散热，如低温气体冷却，常温水冷等；(3)通过激光系统结构的优化设计补偿热效应带来的影响，针对不同的热效应产生机理，采用不同的热效应补偿技术。尽管以上的热效应及补偿技术都取得了一定的效果，但是：(1)放大介质大多采用难以提供大尺寸的Yb:YAG晶体，通光口径小；(2)为了降低工作阈值，使得Yb:YAG晶体工作在四能级状态，必须使其保持在170K的低温状态下工作；(3)泵浦源局限于仍旧昂贵的激光二极管。

受限于以上因素，到目前为止，以LD泵浦Yb:YAG晶体片状放大器的大能量、重频激光系统的最高输出能量不超过100J。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术的问题，提供一种氙灯泵浦液体冷却的叠片式重复频率片状放大器，利用价格相对低廉的氙灯作为泵浦源，对灯箱实施主动冷却，增益介质采用薄片叠片式排布，借助导流结构实现对增益介质的均匀、快速冷却，具有高效率、高重复频率、低成本、大能量、高增益均匀性的稳定运行的特点。

本发明的解决方案如下：

一种氙灯泵浦液体冷却的叠片式重复频率片状放大器，由灯箱组件、片框组件、片腔组件和端镜组件组成，其特点在于：所述的片框组件自上而下安装入片腔组件内，片框的下底面与片腔下底板的上表面重合，且所述的片框组件与通光方向的夹角θ为45°，所述的灯箱组件依靠螺钉错位安装在所述的片腔组件的左右两侧，所述的错位距离d1，所述的端镜组件沿着通光方向中心错位，依靠螺钉安装于片腔组件的前后两端，所述的错位距离为d2；

所述的灯箱组件包括灯箱、氙灯、反射器、灯箱盖板和灯箱隔板玻璃，所述的氙灯的两端依次通过密封圈、压块和螺钉固定在灯箱内，所述的反射器通过螺钉固定在灯箱的内侧壁上，且与氙灯外表面的最小距离为d3，所述的灯箱上下两端设有结构对称的出液冷却结构和进液冷却结构，灯箱隔板玻璃通过密封圈、密封圈、灯箱盖板和螺钉进行密封；所述进液冷却结构包括进液口、水平导流口、均分进液口，冷却液经进液口进入水平导流口进行导流，而后溶液通过均分进液口均分进入灯箱内部，均匀冷却氙灯的一端电极，最后经出液口冷却结构均匀冷却氙灯另一端的电极；